淺談單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中的“分層思想”

淺談單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中的“分層思想”

隨便寫下的一點(diǎn)東西，本來打算去發(fā)表，不過想想還是算了，不是什么重要的東西，不過這個(gè)東西確實(shí)很有用。文章爛的去組織和修改了，隨便看看吧。

分層的思想，并不是什么神秘的東西，事實(shí)上很多做項(xiàng)目的工程師本身自己也會(huì)在用?？戳瞬簧偬佣及l(fā)現(xiàn)沒有提及這個(gè)東西，然而分層結(jié)構(gòu)確是很有用的東西，參透后會(huì)有一種恍然大悟的感覺。如果說我不懂LCD怎么驅(qū)動(dòng)，那好辦，看一下datasheet，參考一下阿別人的程序，很快就可以做出來。但是如果不懂程序設(shè)計(jì)的思想的話，會(huì)給你做項(xiàng)目的過程中帶來很多很多的困惑。

參考了市面上各種各樣的嵌入式書籍，MCS-51，AVR ，ARM 等都有看過，但是沒有發(fā)現(xiàn)有哪本是介紹設(shè)計(jì)思想的，就算有也是鳳毛麟角。寫程序不難，但是程序怎么樣才能寫的好，寫的快，那是需要點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)積累的。結(jié)構(gòu)化模塊化的程序設(shè)計(jì)的思想，使最基本的要求。然而這么將這個(gè)抽象的概念運(yùn)用到工程實(shí)踐當(dāng)中恩?那需要在做項(xiàng)目的過程中經(jīng)歷磨難，將一些東西總結(jié)出來，抽象升華為理論，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)的傳播都大有裨益。所以在下出來獻(xiàn)丑一下，總結(jié)一些東西。

就我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)而談，有兩個(gè)設(shè)計(jì)思想是非常重要的。

一個(gè)就是“時(shí)間片輪的設(shè)計(jì)思想”，這個(gè)對(duì)實(shí)際中解決多任務(wù)問題非常有用，通常可以用這個(gè)東西來判斷一個(gè)人是單片機(jī)學(xué)習(xí)者，還是一個(gè)單片機(jī)工程師。這個(gè)必須掌握。由于網(wǎng)上介紹這個(gè)的帖子也不少，所以這里就不多說了。

第二個(gè)就是我今天想說的主題“分層屏蔽的設(shè)計(jì)思想”。下面用掃描鍵盤程序例子作為引子，引出今天說的東西。

問題的提出

單片機(jī)學(xué)習(xí)板一般為了簡(jiǎn)單起見，將按鍵分配的很好，例如整個(gè) 4*4 的鍵盤矩陣分配到 P1 口上面，8條控制線，剛好。這樣的話程序也非常好寫。只需要簡(jiǎn)單的

KEY_DAT = P1;

端口的數(shù)據(jù)就讀進(jìn)來了。

誠(chéng)然，現(xiàn)實(shí)中沒有這么好的事情。在實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用當(dāng)中，單片機(jī)引腳的復(fù)用相當(dāng)厲害，這跟那些所謂的單片機(jī)學(xué)習(xí)板就有很大的差別了。

另外一個(gè)原因，一般設(shè)計(jì)來說，是“軟件配合硬件”的設(shè)計(jì)流程，簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是，先確定好硬件原理圖，硬件布線，最后才是軟件的開發(fā)，因?yàn)橛布薷钠饋肀容^麻煩，相對(duì)來說軟件修改的時(shí)候比較好改。這個(gè)就是中國(guó)傳統(tǒng)的陰陽(yáng)平衡哲學(xué)原理。硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)本來就是魚和熊掌的關(guān)系，兩者不可兼得。方便了硬件設(shè)計(jì)，很可能給寫軟件帶來很大的麻煩。反過來說，方便了軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)也會(huì)相當(dāng)?shù)穆闊?。如果硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)同時(shí)方便了，那只有兩種可能，一是這個(gè)設(shè)計(jì)方案非常簡(jiǎn)單，二是設(shè)計(jì)師已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)非常高的境界。我們不考慮那么多情況，單純從常用的實(shí)際應(yīng)用的角度來看問題。

硬件為了布線的方便，很多時(shí)候會(huì)可能將IO口分配到不同的端口上面，例如上面說的4*4鍵盤，8根線分別分配到 P0 P1 P2 P3 上面去了。那么，開發(fā)板的那些掃描鍵盤程序可以去見鬼了。怎么掃按鍵?我想起了我剛開始學(xué)習(xí)的時(shí)候，分成3段非常相似的程序，一個(gè)一個(gè)按鍵的掃描的經(jīng)歷......

或許有人不甘心，“那些東西我花了很長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)的，也用的好好的，怎么能說一句不用就不用?”雖然有點(diǎn)殘忍，但是我還是想說“兄弟，接受現(xiàn)實(shí)吧，現(xiàn)實(shí)是殘酷的......”

不過，人區(qū)別于低等動(dòng)物的差別，是人會(huì)創(chuàng)造，在碰到困難的時(shí)候會(huì)想辦法解決，于是我們開始了沉思......

最后我們引入初中數(shù)學(xué)學(xué)的“映射”的概念來解決問題。基本思想就是，將不同端口的按鍵映射到相同端口上面。

這樣按鍵掃描程序就分成3個(gè)層次了。

1)最底層的是硬件層，完成端口掃描，20ms延時(shí)消抖，將端口的數(shù)據(jù)映射到一個(gè)KEY_DAT寄存器上面，KEY_DAT作為對(duì)上層驅(qū)動(dòng)層的一個(gè)接口。

2)中間的一層是驅(qū)動(dòng)層，驅(qū)動(dòng)層只對(duì) KEY_DAT 寄存器的數(shù)值進(jìn)行操作。簡(jiǎn)單點(diǎn)說，我們無論底層的硬件是怎么接線的，在驅(qū)動(dòng)層都不需要關(guān)心，只需要關(guān)心 KEY_DAT 這個(gè)寄存器的數(shù)值是什么就可以了。這樣出來的間接效果就是“屏蔽了底層硬件的差異”，所以驅(qū)動(dòng)層寫的程序就可以通用了。

驅(qū)動(dòng)層的另外一個(gè)功能是為了上層提供消息接口。我們用了類似window程序的消息的概念。這里可以提供一些按鍵消息，例如：按下消息，松開消息，長(zhǎng)按鍵消息，長(zhǎng)按鍵的時(shí)候的步進(jìn)消息，等等。

3)應(yīng)用層。這里就是根據(jù)項(xiàng)目的不同分別寫按鍵功能程序，屬于最上層的程序。它使用的是驅(qū)動(dòng)層提供的消息接口。在應(yīng)用層寫程序的思想就是，我不管下層是怎么工作的，我只關(guān)心按鍵消息。有按鍵消息來的時(shí)候我就執(zhí)行功能，沒有消息來的時(shí)候，我就什么也不做。